中国人民銀行デジタル通貨研究プロジェクトチーム：ブロックチェーンの利点、欠点、開発動向

はじめに: ブロックチェーン技術は、改ざん不可能な高いセキュリティと異種マルチアクティブの高可用性を備えていますが、パフォーマンス、プライバシー保護、アップグレード修復の面で一定の制限もあります。

著者: 中国人民銀行デジタル通貨研究プロジェクトチーム

記事 |中国金融、2016年、第17号

ビットコインコミュニティから生まれたブロックチェーン技術は、金融機関から評価されているだけでなく、世界の主要経済国や重要な国際組織からも徐々に注目を集めています。歓声と疑念の中、勢いを増している。著者は、ブロックチェーン技術の長所、短所、将来の開発動向を分析し、その長所を最大限に活かし、短所を回避することを試みます。

1. ブロックチェーンの利点

1. 改ざんが不可能でより安全

従来の情報システム セキュリティ ソリューションでは、セキュリティは階層化されたアクセス制御に依存しています。地下深くに埋もれた銀行の金庫室と同様に、高価値データは常に、専用のコンピュータ ルーム、独自のネットワーク、包括的なセキュリティ ソフトウェアで構成される鉄の樽アレイによって厳重に保護されています。 API/アクセス インターフェイスは、鉄製バレル アレイ上に開かれた専用の入口および出口チャネルです。専用チャネルを介してデータベースにアクセスし、データを読み書きし、履歴レコードを残すには、誰でも ID 認証と承認に合格する必要があります。

財産の安全を守るには、通常 2 つの方法があります。金などのように所有者だけが入手できるように隠す方法と、不動産などの財産の所有権を公に発表し、法律でそれを承認すること。従来のセキュリティソリューションが最初のアプローチであり、ブロックチェーンが 2 番目のアプローチです。ブロックチェーン技術により、取引を記録したデータベースを誰でも共有できるようになります。ただし、ブロックチェーンは独創的な設計と暗号化およびコンセンサス アルゴリズムの支援により、データベースの履歴レコードを不変にします。実践により、このようなデータベースにより、時価総額が数百億ドルのビットコインが、世界中のハッカーからの攻撃を受けても安定して動作できることが証明されています。

2. 異機種混在マルチアクティブと高可用性

ブロックチェーン システム アーキテクチャの観点から見ると、各システム参加者は異なる場所にあるマルチアクティブ ノードであり、2 つの場所にある 3 つのセンターの冗長性をはるかに超えています。これは本質的にマルチアクティブ システムです。各フル ノードはデータの完全なコピーを保持し、これらのデータ コピーはさまざまなエンティティによって制御され、コンセンサス アルゴリズムを通じてデータの一貫性が維持されます。

ノードでネットワークの問題、ハードウェア障害、ソフトウェア エラーが発生したり、ハッカーによって制御されたりしても、システムや他の参加ノードには影響しません。障害が解消され、データの同期が完了したら、問題のあるノードをいつでもシステムに追加して動作を継続できます。システム全体の正常な動作は個々のノードに依存しないため、システム全体が 24 時間 365 日中断なく動作することを保証しながら、各ノードを定期的なシステム メンテナンスのために選択的にオフラインにすることができます。

さらに、ブロックチェーン内のノードはピアツーピア通信プロトコルを介して相互作用します。通信プロトコルの一貫性を確保しながら、異なる開発者が異なるプログラミング言語を使用し、異なるアーキテクチャに基づいて、異なるバージョンのフルノードを実装してトランザクションを処理することで、異なるノードを開発できます。結果として得られるソフトウェアの異種環境により、特定のバージョンのソフトウェアで問題が発生しても、ブロックチェーン ネットワーク全体が影響を受けないことが保証され、これが高可用性の基礎にもなります。

3. 新しいコラボレーションメカニズム、より効率的

企業間の大規模な多国間コラボレーションの場合、ブロックチェーンを適用する前は、通常、2 つのソリューションしかありません。

まず、複数の組織は、組織全体を調整するための共通の信頼センターを備えた共通の「上位」機関を探す必要があります。このアプローチの限界は、シナリオによっては、すべての市場参加者に認められる信頼センターを見つけることが難しいことです。センターでは、調整事項に優先順位を付ける必要があり、すべてのコラボレーションのニーズをタイムリーかつ効果的に満たすことができない可能性があります。

2つ目は、共同で第三者組織を設立することです。つまり、参加者全員が権利の一部を譲渡し、共同で第三者組織を設立して連携を完成させます。このアプローチの限界は、第三者機関が独立している傾向があることです。システムが参加者の利益と経営のニーズを満たすことができない場合、第三者機関が参加者全員の実際の権力の中心になることがよくあります。第三者機関の設立後、状況の発展や変化に応じて、どのように新しいメンバーを吸収し、各参加者の役割と権限を調整するかは、多くの交渉と取引に依存します。ブロックチェーンは、従来のアプローチとは異なるアプローチを提供します。参加者をピアツーピア方式で接続し、参加者が共同でシステムを維持できるようにし、コンセンサスメカニズムとスマートコントラクトを使用してコラボレーションルールを表現することで、より柔軟なコラボレーション方法を実現します。参加者の責任が明確であるため、権限を第三者組織に譲渡する必要がなく、信頼できる第三者組織のコストを維持する必要もなく、すべての関係者間のより良いコラボレーションにつながります。ブロックチェーンは信頼マシンとして、低コストで高効率の新しいコラボレーションモデルとなり、より広範囲かつ低コストの新しいコラボレーションメカニズムを形成することが期待されています。

4. より高度なスマートコントラクト

スマート コントラクトには、透明性、信頼性、自動実行、強制可能なコンプライアンスなどの利点があります。それにもかかわらず、スマート コントラクトは 1993 年に Nick Szabo によって提案されて以来、概念レベルにとどまっています。主な理由は、信頼できるコードの実行をサポートする環境が長い間存在せず、自動的な施行が実現できないことです。ブロックチェーンは、スマートコントラクトの概念を初めて現実のものにします。

本質的に、スマート コントラクトはブロックチェーン上で実行されるコードであり、サーバー上で実行されるコードとほとんど変わりません。唯一の違いは、より信頼性が高いということです。まず第一に、スマートコントラクトのコードが透明であるため信頼できます。ユーザーは、ブロックチェーンにアクセスできる限り、コンパイルされたスマートコントラクトを確認し、コードをチェックおよび監査できます。第二に、信頼はスマートコントラクトの動作環境からも生まれます。プログラムの実行結果は、プログラム コードだけでなく、処理のためにプログラムに提供されるデータにも関連します。したがって、透明性に加えて、データの一貫性と不変性も保証される必要があり、それがまさにブロックチェーンの利点です。

したがって、スマート コントラクトがブロックチェーン上に展開されると、プログラム コードとデータはオープンかつ透明になり、改ざんされることはなく、事前に定義されたロジックに従って実行され、期待される結果が生成されます。コードベースのスマート コントラクトが法制度で認められれば、プログラムの自動化の利点を活用し、さまざまなスマート コントラクトを組み合わせて接続し、さまざまな目的を達成することで、より効率的なビジネス社会への移行を加速できます。

2. ブロックチェーンのデメリット

1. パフォーマンスの問題を解決する必要がある

現状から判断すると、ブロックチェーンのパフォーマンス問題は主に吞吐量と存储带宽の矛盾に反映されています。

ビットコインを例にとると、パブリックチェーンでは、1秒あたり7件のトランザクションの処理能力は、社会全体の支払いニーズを満たすにはほど遠いものです。同時に、ビットコインの取引データは現在80G近くあり、一般的なコンピューターのストレージにとってかなりの負担となっています。スループットを上げるためにブロックサイズを単純に増やすと、ビットコインはすぐに少数の大企業だけが運営できるシステムになり、分散化の本来の目的に反することになります。ビットコインやイーサリアムなどのパブリックチェーンシステムでは、上記の矛盾がシステム設計時に直面する最大の課題となります。

コンソーシアム チェーンでは、ブックキーピングに参加するノードはオプションで制御可能であるため、最も弱いノードの容量上限が低くなりすぎることはなく、リソース投資によって容量上限を向上させることができます。その後、コンセンサス アルゴリズムなどのコンポーネントを対象的に置き換えることで、最終的にパフォーマンスの全面的な向​​上を実現できます。しかし、スマート コントラクトの基本的なサポートとして機能するコンソーシアム チェーンは、別の課題に直面しています。スマート コントラクトが実行されると、コントラクトは相互に呼び出してブロック データを読み書きすることになります。そのため、トランザクション処理のタイミングは特に重要です。ノードはトランザクションを並行して処理または検証することはできず、1 つずつしか実行できないため、ノードの処理能力が制限されます。

2. プライバシー保護を強化する必要がある

従来、データは中央サーバーに保存され、データのプライバシーはシステムオペレーターによって保護されています。しかし、パブリックチェーンには中央集権的なオペレーターは存在せず、すべての参加者が完全なデータバックアップを取得できるため、パブリックチェーンデータベースは透明であることも意味します。

ビットコインのプライバシー保護の解決策は、トランザクションアドレスとアドレス所有者の実際の身元との関連を断ち切ることで匿名性を実現することです。そのため、各送金記録の送信者と受信者のアドレスは確認できますが、現実世界の特定の人物と照合することはできません。ビットコインの場合、そのような解決策で十分かもしれません。しかし、ブロックチェーンが実名資産などのより多くの業務を担う必要がある場合、またはスマートコントラクトを通じて特定の融資契約を実行する場合、これらの契約情報をブロックチェーン上にどのように保存するか、特定の契約情報を知らなくても契約を実行する方法など、準同型暗号化やゼロ知識証明などの新しい暗号化方式のブロックチェーン問題への応用の進歩に注意を払う必要があります。さらに、システムチェーン上のデータを合理的に設計し、オフチェーン情報交換チャネルなどのメカニズムを配置することで、プライバシー保護におけるいくつかの困難を回避することもできます。

3. アップグレードと修復のメカニズムを検討する必要がある

集中型システムのアップグレード方法とは異なり、パブリックチェーンでは、ノードの数が多く、参加者が匿名であるため、集中型アップグレードのためにシステムをシャットダウンすることは不可能です。実際のところ、パブリックチェーンコミュニティは「ハードフォーク」や「ソフトフォーク」などのアップグレードメカニズムを検討してきましたが、残された問題はまだ不明です。さらに、パブリックチェーンは「シャットダウン」できないため、エラーを修復するのは非常に困難です。問題、特にセキュリティの脆弱性が発生すると、非常に致命的になります。

分散化の制限を緩和することで、多くの問題を解決できます。例えば、コンソーシアムチェーンのようなマルチセンターシステムでは、システムをシャットダウンして基盤となるブロックチェーンをアップグレードしたり、緊急介入やデータのロールバックなど、必要に応じて利用可能な手段がすべてあります。これらの手段はリスクを管理し、エラーを修正するのに役立ちます。従来のコードアップグレードと同様に、コードとデータを分離し、多層スマートコントラクト構造を組み合わせることで、制御可能なスマートコントラクトの置き換えを実現できます。

3. 今後の動向

新しい種や新しい現象は、多くの場合、理論的境界の拡大を大きく促進します。ビットコインの出現により、ソフトウェア システムのまったく新しい次元が生まれました。将来的には、集中化と分散化という2つの極の間に新たな領域が生まれ、さまざまなブロックチェーン システムがさまざまなシナリオの特定のニーズを満たすためにさまざまな程度の分散化を実現することが予測されます。

新しい理論に基づいて新しいブロックチェーン システムを作成することに加えて、既存のブロックチェーン システムの可能性を最大限に引き出すことも同様に重要です。パフォーマンスのボトルネック問題を解決するために、「ライトニングネットワーク」は可能性のある開発方向です。 「ライトニング ネットワーク」は、多数の小さな支払いをメイン チェーンの外部に移動し、複数の支払い処理センターを形成します。 「ライトニングネットワーク」を通じて、ビットコインのメインチェーンはRTGS（リアルタイムグロスペイメントシステム）レベルのアプリケーションに沈められ、ブロックチェーンの使用効率が大幅に向上します。 「ステート チャネル」は、支払いシナリオ以外での「ライトニング ネットワーク」のより一般的な技術的アイデアです。 R3 CEV の Corda はより徹底しており、紛争の仲裁と執行の最後の手段としてのみブロックチェーンを使用することで、ブロックチェーンの長所を生かし、短所を回避し、パフォーマンス、プライバシーなどの面でのブロックチェーンの欠点を克服しています。

セキュリティ分野では、ビットコインブロックチェーン自体のセキュリティは長年の試練に耐えてきましたが、依然として継続的な注意が必要です。ブロックチェーンは従来の情報セキュリティ問題をすべて解決するわけではなく、ブロックチェーンのセキュリティ機能を盲目的に信頼すると、スマートコントラクトの脆弱性が悪用されてデジタル資産が失われるなど、深刻な結果を招く可能性があります。したがって、新しい暗号化方式や従来の情報セキュリティ分野の主要技術をブロックチェーン技術と統合し、並行して進歩させ、協調的に発展させる必要があります。従来のデータベースとブロックチェーンを組み合わせたハイブリッドデータベースが設計され、異なるデータを個別に処理し、それぞれの利点を最大限に活用できるようになると、ブロックチェーンシステムの普及に大きな意義が生まれます。

クロスチェーン操作のためにブロックチェーンに移行するデジタル資産が増えるにつれて、異なるブロックチェーン間の相互接続も避けられなくなります。規制当局が直面している課題はさらに困難であり、監督を強化し、リスクを防止するために、関連する法律、規制、技術基準の策定を同時に検討する必要があります。ブロックチェーンは新世代の金融インフラの基盤技術となり得るでしょうか?待って見てみましょう。 ■